Стиральный порошок — это тип моющего средства (чистящего средства), используемого для стирки грязного белья (одежды). Стиральный порошок выпускается в виде порошка ( стиральный порошок ) и жидкости .
В то время как порошкообразные и жидкие моющие средства занимают примерно равную долю мирового рынка стиральных порошков в стоимостном выражении , в объемном выражении порошкообразные моющие средства продаются в два раза больше, чем жидкости . [1]
С древних времен химические добавки использовались для облегчения механической промывки текстильных волокон водой. Самые ранние зарегистрированные свидетельства производства мылоподобных материалов датируются примерно 2800 годом до нашей эры в древнем Вавилоне . [2]
Немецкие химические компании разработали поверхностно-активное вещество алкилсульфат в 1917 году в ответ на нехватку ингредиентов для мыла во время блокады Германии союзниками во время Первой мировой войны . [1] [3] В 1930-х годах были разработаны коммерчески выгодные пути получения жирных спиртов , и эти новые материалы были преобразованы в их сульфатные эфиры , ключевые ингредиенты в коммерчески важном немецком бренде FEWA, производимом BASF , и Dreft , американском бренде, производимом Procter & Gamble . Такие моющие средства в основном использовались в промышленности до окончания Второй мировой войны . К тому времени новые разработки и последующее преобразование заводов по производству авиационного топлива для производства тетрапропилена , используемого в производстве бытовых моющих средств, вызвали быстрый рост внутреннего использования в конце 1940-х годов. [3]
Стирка белья подразумевает удаление смешанных загрязнений с поверхностей волокон. С химической точки зрения загрязнения можно разделить на:
Трудноудаляемыми загрязнениями являются пигменты и красители , жиры , смолы , деготь , воски и денатурированный белок . [4]
Стиральные порошки могут содержать структурообразователи (приблизительно 50% по весу), поверхностно-активные вещества (15%), отбеливатель (7%), ферменты (2%), агенты, препятствующие образованию отложений , регуляторы пены, ингибиторы коррозии , оптические отбеливатели , ингибиторы переноса красителей, отдушки , красители , наполнители и вспомогательные вещества для рецептур . [4]
Builders (также называемые хелатирующими или секвестрирующими агентами ) являются смягчителями воды . Большинство бытовых источников воды содержат некоторые растворенные минералы, особенно в районах с жесткой водой . Катионы металлов, присутствующие в этих растворенных минералах, в частности ионы кальция и магния, могут реагировать с поверхностно-активными веществами, образуя мыльную пену , которая гораздо менее эффективна для очистки и может осаждаться как на ткани, так и на компонентах стиральной машины. Builders удаляют минеральные ионы, ответственные за жесткость воды, путем осаждения , хелатирования или ионного обмена . Кроме того, они помогают удалять грязь путем дисперсии .
Самыми ранними добавками были карбонат натрия (стиральная сода) и силикат натрия (жидкое стекло). В 1930-х годах были введены фосфаты ( фосфаты натрия ) и полифосфаты ( гексаметафосфат натрия ), продолжив введением фосфонатов ( HEDDP , ATMP , EDTMP ). Хотя эти фосфорсодержащие агенты, как правило, нетоксичны, теперь известно, что они вызывают загрязнение питательными веществами , что может иметь серьезные последствия для окружающей среды. Как таковые, они были запрещены во многих странах, что привело к разработке агентов, не содержащих фосфор, таких как поликарбоксилаты ( EDTA , NTA ), цитраты ( тринатрийцитрат ), силикаты ( силикат натрия ), глюконовая кислота и полиакриловая кислота ; или ионообменные агенты, такие как цеолиты .
Щелочные добавки также могут повышать эффективность стирки, изменяя pH стирки. Гидрофильные волокна, такие как хлопок, естественным образом будут иметь отрицательный поверхностный заряд в воде, тогда как синтетические волокна сравнительно нейтральны. Отрицательный заряд еще больше увеличивается за счет адсорбции анионных поверхностно-активных веществ. С повышением pH грязь и волокна становятся более отрицательно заряженными, что приводит к увеличению взаимного отталкивания. Оптимальный диапазон pH для хорошей моющей способности составляет 9–10,5. [5] Щелочи также могут повышать эффективность стирки за счет омыления жиров.
Основа и поверхностно-активное вещество работают синергетически для достижения удаления грязи, и моющий эффект основы может превышать моющий эффект поверхностно-активного вещества. С гидрофильными волокнами, такими как хлопок , шерсть , полиамид и полиакрилонитрил , трифосфат натрия удаляет грязь более эффективно, чем одно поверхностно-активное вещество. Ожидается, что при стирке гидрофобных волокон, таких как полиэфиры и полиолефины , эффективность поверхностно-активного вещества превосходит эффективность основы, однако это не так. [6]
Поверхностно-активные вещества отвечают за большую часть очищающей способности моющих средств для стирки. Они обеспечивают это путем абсорбции и эмульгирования загрязнений в воде, а также путем снижения поверхностного натяжения воды для улучшения смачивания .
Стиральные порошки содержат в основном анионные и неионные поверхностно-активные вещества. Катионные поверхностно-активные вещества обычно несовместимы с анионными моющими средствами и имеют низкую эффективность очистки; они используются только для определенных специальных эффектов, как кондиционеры для белья , антистатики и биоциды . Цвиттерионные поверхностно-активные вещества редко используются в стиральных порошках, в основном из-за стоимости. Большинство моющих средств используют комбинацию различных поверхностно-активных веществ для балансировки их эффективности.
До 1950-х годов мыло было преобладающим поверхностно-активным веществом в моющих средствах для стирки. К концу 1950-х годов так называемые «синтетические моющие средства» (синдеты), такие как разветвленные алкилбензолсульфонаты, в значительной степени заменили мыло в развитых странах. [7] [8] Из-за их плохой биоразлагаемости эти разветвленные алкилбензолсульфонаты были заменены линейными алкилбензолсульфонатами (ЛАС) в середине 1960-х годов. С 1980-х годов алкилсульфаты, такие как ДСН, нашли все большее применение за счет ЛАС.
С 1970-х годов неионогенные поверхностно-активные вещества, такие как этоксилаты спиртов, приобрели большую долю в моющих средствах для стирки. В 1990-х годах глюкамиды появились в качестве дополнительных поверхностно-активных веществ, а алкилполигликозиды использовались в специальных моющих средствах для тонких тканей. [4]
Несмотря на название, современные отбеливатели для белья не включают бытовой отбеливатель ( гипохлорит натрия ). Отбеливатели для белья, как правило, представляют собой стабильные аддукты перекиси водорода , такие как перборат натрия и перкарбонат натрия ; они неактивны в твердом виде, но выделяют перекись водорода при воздействии воды. Основными целями отбеливателей являются окисляемые органические пятна, которые обычно имеют растительное происхождение (например, хлорофилл , антоциановые красители, танины , гуминовые кислоты и каротиноидные пигменты). Перекись водорода недостаточно активна в качестве отбеливателя при температуре ниже 60 °C (140 °F), что традиционно делало горячую стирку нормой. Разработка активаторов отбеливания в 1970-х и 1980-х годах позволила сделать более низкие температуры стирки эффективными. Эти соединения, такие как тетраацетилэтилендиамин (ТАЭД), реагируют с перекисью водорода, образуя надуксусную кислоту , которая является еще более эффективным отбеливателем, особенно при более низких температурах. [4]
Использование ферментов для стирки было введено в 1913 году Отто Рёмом . Первым препаратом был панкреатический экстракт, полученный от забитых животных, который был нестабилен к щелочи и отбеливателю. Только во второй половине века с появлением термоустойчивых бактериальных ферментов эта технология стала общепринятой.
Ферменты необходимы для разрушения стойких пятен, состоящих из белков (например, молока, какао, крови, яичного желтка, травы), жиров (например, шоколада, жиров, масел), крахмала (например, пятен от муки и картофеля) и целлюлозы (поврежденных волокон хлопка , пятен от овощей и фруктов). Для каждого типа пятен требуется свой тип фермента: протеазы ( савиназы ) для белков, липазы для жиров, α-амилазы для углеводов и целлюлазы для целлюлозы.
В зависимости от ожидаемых обстоятельств использования добавляются многие другие ингредиенты. Такие добавки изменяют пенообразующие свойства продукта, либо стабилизируя, либо противодействуя пенообразованию. Другие ингредиенты увеличивают или уменьшают вязкость раствора или солюбилизируют другие ингредиенты. Ингибиторы коррозии противодействуют повреждению моечного оборудования. Ингибиторы переноса красителей не позволяют красителям одного изделия окрашивать другие изделия, это, как правило, полярные водорастворимые полимеры, такие как поливинилпирролидон , с которыми красители предпочтительно связываются. Агенты, препятствующие повторному осаждению, такие как карбоксиметилцеллюлоза , используются для предотвращения повторного прикрепления мелких частиц грязи к очищаемому изделию. [4] Коммерческие или промышленные прачечные могут использовать кислый раствор для стирки во время последнего цикла полоскания, чтобы нейтрализовать любые оставшиеся щелочные поверхностно-активные вещества и удалить пятна, чувствительные к кислоте.
Ряд ингредиентов влияют на эстетические свойства очищаемого предмета или самого моющего средства до или во время использования. К этим агентам относятся оптические отбеливатели , кондиционеры для белья и красители. Различные отдушки также являются компонентами современных моющих средств, при условии, что они совместимы с другими компонентами и не влияют на цвет очищаемого предмета. Отдушки, как правило, представляют собой смесь многих соединений , распространенные классы включают терпеновые спирты ( цитронеллол , гераниол , линалоол , нерол ) и их эфиры ( линалилацетат ), ароматические альдегиды ( гелиональ , гексилциннамальдегид , лилиаль ) и синтетические мускусы ( галаксолид ).
Во всем мире, в то время как жидкие и порошкообразные моющие средства занимают примерно равную долю рынка в стоимостном выражении, порошкообразный стиральный порошок используется более широко. В 2018 году продажи порошкообразного моющего средства составили 14 миллионов метрических тонн , что вдвое больше, чем у жидкостей. В то время как жидкие моющие средства широко используются во многих западных странах, порошкообразные моющие средства популярны в Африке, Индии, Китае, Латинской Америке и других развивающихся рынках . Порошки также занимают значительную долю рынка в Восточной Европе и в некоторых странах Западной Европы из-за их преимущества перед жидкостями в отбеливании одежды. По словам Десмета Баллестры, проектировщика и строителя химических заводов и оборудования для производства моющих средств, порошкообразные моющие средства занимают 30–35% доли рынка в Западной Европе. По данным Lubrizol , рынок порошкообразных моющих средств ежегодно растет на 2 процента. [1]
Фосфаты в моющих средствах стали проблемой для окружающей среды в 1950-х годах и в последующие годы стали предметом запретов. [9] Фосфаты делают белье чище, но также вызывают эвтрофикацию , особенно при плохой очистке сточных вод . [10]
Академическое исследование ароматизированных стиральных порошков, проведенное в 2013 году, выявило «более 25 ЛОС, выделяемых из вентиляционных отверстий сушилок, с самыми высокими концентрациями ацетальдегида, ацетона и этанола. Семь из этих ЛОС классифицируются как опасные загрязнители воздуха (ОЗВ) , а два — как канцерогенные ОЗВ (ацетальдегид и бензол)». [11]
Директива ЕЭС 73/404/ЕЭС устанавливает среднюю биоразлагаемость не менее 90% для всех типов поверхностно-активных веществ, используемых в моющих средствах. Содержание фосфатов в моющих средствах регулируется во многих странах, например, в Австрии, Германии, Италии, Нидерландах, Норвегии, Швеции, Швейцарии, США, Канаде и Японии.
Самые ранние зарегистрированные свидетельства производства мылоподобных материалов датируются примерно 2800 г. до н. э. в Древнем Вавилоне.
